计算机网络基础(计算机网络的发展阶段、OSI参考模型、协议、传输方式、地址)

2019年4月30日

计算机网络好比一个人的神经系统,一个人身上的所有感觉都经由神经系统传递到大脑,与之类似,世界各地的信息也通过网络传递到每一个人的计算机上。

一、计算机网络发展的7个阶段
年代 内容
20世纪50年代 批处理时代
20世纪60年代 分时系统时代
20世纪70年代 计算机通信时代
20世纪80年代 计算机网络时代
20世纪90年代 计算机普及时代
2000年 以互联网为中心时代
2010年 无论何时何地一切皆为TCP/IP网络时代
1.批处理
指的是先将用户程序和数据装入卡带或磁带,并由计算机按照一定的顺序读取,使用户所要执行的这些程序和数据能够一并批量得到处理。

2.分时系统
指的是多个终端与同一计算机连接,允许多个用户同时使用一台计算机的系统。实现了“一人一机”的目的,让用户感觉好像完全是自己一个人在用计算机,体现了“独占性”。
分时系统中每个终端与计算机之间使用通信线路连接形成一个星形结构,正是这一时期开始,网络与计算机的关系逐渐出现。

3.计算机之间的通信
在计算机之间通信技术诞生之前,要想将一台计算机上的数据转移到另一台计算机上的过程是相当繁琐的,需要将数据保存到磁盘、软盘等外部存储介质中,再将这些介质送到目的计算机才能实现数据转储。

有了计算机通信技术,人们能够轻松地即时处理另一台计算机中的数据,从而极大地缩短了传送数据的时间。

4.计算机网络的产生
20世纪70年代,人们开始实验基于分组交换技术的计算机网络,并着手研究不同厂商的计算机之间相互通信的技术。到了80年代,一种能够互联多个计算机的网络产生,可以实现各式各样的计算的相互连接,从大型的超级计算机到小型的个人电脑。

其中,窗口系统的发明更是拉近了人们与网络之间的距离,有了窗口系统,用户不仅可以同时执行多个程序,还能在多个程序之间自由切换。例如,边在网上查找资料,边通过邮箱发送消息。

5.互联网的普及
20世纪90年代,只有专注于信息处理的公司才配备了计算机,形成了“一人一机”的环境,但是成本很高,也遇到了很多的新问题。
后来,提出了“瘦身”、“多供应商连接”,目的在于通过连接不同厂商的计算机建立一个成本更低的网络环境。

瘦身:个人电脑和UNIX工作站的流行,导致那些曾经在大型主机上才能运行的公司核心业务系统被转移到“轻量级”的个人电脑和UNIX工作站上运行,不论是从机体规模还是从成本上都有“瘦身减负”之意。

多供应商连接:指将各种软硬件供应商的产品组合起来搭建的网站。

6.以互联网技术为中心的时代
许多发展道路各不相同的网络技术也都正在向互联网考虑,例如:曾经一直作为通信基础设施、支撑通信网络的电话网,随着互联网的快速发展,其地位也随着时间的推移为IP网所取代,而IP网就是互联网技术的产物。

7.从“单纯连接”到“安全建立连接”
在互联网普及的初期,人们更关注单纯的连接性,以不受任何限制地建立互联网为最终目的。正如事情都具有两面性,互联网的便捷性给人们带来了负面问题,计算机病毒的侵害、信息泄露、网络欺诈等利用互联网的犯罪行为日益增多。

人们已不再满足“单纯建立连接”,而是追求“安全建立连接”的目标。

二、协议
1.协议的理解
简单来说,协议就是计算机与计算机之间通过网络实现时事先达成的一种“约定”。这种“约定”使得不同的厂商的设备、不同的CPU以及不同的操作系统组成的计算机之间,只要遵循相同的协议就能够实现通信。反之,如果实现的协议不同,就不能实现通信。

2.协议的分层
OSI参考模型将通信协议分为7层,通过这些分层,使得那些比较复杂的网络协议更加简单化。在这一模型中,每个分层都接收由他下一层所提供的特定服务,并且负责为自己的上一层提供特定的服务。上下层之间进行交互时所遵循的约定叫做“接口”,同一层之间的交互遵循的叫做“协议”。

协议分层如计算机软件中的模块开发,分层可以将每个分层独立使用,即使系统中某些分层发生变化,也不会影响到整个系统。

优点:通过分层能够细分通信功能,更易于单独实现每个分层的协议,并界定各个分层的具体责任和义务。
缺点:过于模块化,使处理变得更加沉重,每个模块不得不实现相似的处理逻辑的问题。

三、OSI参考模型

1.物理层
负责0、1比特流与电压的高低、光的闪面之间的互换。

2.数据链路层
负责物理层面上的互联、节点之间的通信传输。将0、1序列划分为具有意义的数据帧传送给对端。

3.网络层
将数据传输到目标地址。目标地址可以是多个网络通过路由器连接上而成的某一个地址。因此,这一层主要负责寻址和路由选择。

4.传输层
起着可靠传输的作用。只在通信双方节点上进行处理,而无需在路由器上处理。

5.会话层
负责建立和断开通信连接,以及数据的分割等数据传输相关的管理。

6.表示层
将应用处理的信息转换为适合网络传输的格式,或者将来自下一层的数据转换为上层能够处理的格式。因此主要负责数据格式的转换。

具体的说,就是将设备固有的数据格式转换为网络标准传输格式。不同设备对于同一比特流解释的结果可能会不同。因此,使它们保持一致是这一层主要的作用。

7.应用层
为应用程序提供服务并规定应用程序中通信相关的细节。包括文件的传输、电子邮件、远程登录等协议。

四、传输方式的分类
1.面向连接型和面向无连接型
面向连接型
在发送数据前,需要在收发主机之间建立一条通信线路。

面向无连接型
不要求建立和断开连接,发送端可于任何时候自由发送数据。在面向无连接的通信中,不需要确认对端是否存在。即使接收端不存在或无法接受数据,发送端也能将数据发送出去。

2.电路转换和分组转换
电路转换
由分组转换机(路由器)连接通信线路。

分组交换的大致过程是:发送端计算机将数据发送给路由器,路由器收到这些分组数据以后,缓存到自己的缓冲区,然后再转发给目的计算机。最多只能有两台计算机。

分组转换
路由器接收到数据后,将要发送的数据分成多个数据包,按照顺序缓存到相应的队列中,再以先进先出的顺序将它们逐一发送出去。有了分组交换,数据被细分,所有的计算机就可以一起收发数据,提高通信线路的利用率。

分组交换中,计算机与路由器之间以及路由器与路由器之间通常只有一条通信线路,可以让多个用户实现通信。

3.根据接收端数量分类
单播
1对1通信,例如固定电话。

广播
将消息从1台主机上发送到与之相连的其他主机,例如电视播放,将电视信号一齐发送给非特定的多个接收对象。
进行广播通信的计算机有它们的广播范围,只有在这个范围内的计算机才能收到相应的广播信息,这个范围叫做“广播域”。

多播
多播与广播类似,也是将消息发送给多个接收主机,不同在于多播要限定某一组主机作为接收端。

任播
从目标主机中选择一台最符合条件的主机作为目标主机发送消息。通常,所被选中的那台特定主机将返回一个单播信号,随后发送端主机会只与该主机进行通信。

五、地址
地址具有唯一性、层次性。唯一性可以避免产生歧义,明确接受对象,层次性可以高效地从中找出通信的目标地址。

其中,MAC地址和IP地址标识一个通信主体时都具有唯一性,但是只有IP地址具有层次性。MAC地址由设备的制造厂商对每块网卡进行分别指定。人们可以通过制造商识别号、制造商内部产品编号以及产品通用编号确保MAC地址的唯一性。

虽然MAC地址制造商识别号、制造商内部产品编号以及产品通用编号在某种程度上确保MAC的层次性,但对于寻找地址没有起到任何作用,所以不能算是有层次性的地址。实际过程中,IP地址必不可少。

IP地址是如何实现分层的?IP地址由网络号和主机号组成。通常,同处于一个网段的主机也属于同一个部门或集团组织,以及网络号相同的主机在组织结构、提供商类型和地域分布上都比较集中。

网络传输过程中,每个节点会根据分组数据的地址信息,来判断报文应该由哪个网卡发出去。为此,每个地址会参考一个发出接口列表。MAC寻址中所参考的表做地址转发表,IP地址所参考的叫做路由控制表。MAC地址转发表中所记录的是实际的MAC地址本身,而路由器表中记录的是IP地址则是集中之后的网络号。

地址转发表和路由控制表不需要手动设置,是自动生成的。地址转发表根据自学自动产生,路由控制表根据路由协议自动产生。

作者:云上驱动
来源:www.ysqd.info

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